JPH07256881A - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電素子が共通電極に強固に固着して剥離せ
ず、従って安定したインク噴射性能を有するインクジェ
ット記録ヘッドを提供する。 【構成】図示しないシ−ル面で相互に固着した基板１１
および振動板１２とからなり、その内部に形成されたイ
ンク溜まり７と、このインク溜まりにフィルタ流路６を
介して連通するインク加圧室４およびインクノズル２を
含む複数条のインク流路１とを有するインク噴射容器
と、振動板の複数のインク加圧室に対向する表面上に複
数のインク加圧室に跨がって形成された共通電極２３
と、この共通電極に一方の電極が導電接触するよう各イ
ンク加圧室に対向する位置に接着された圧電素子１４と
を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、共通電極
２３が銀粉を含む導電塗料の塗膜層からなり、圧電素子
の外周面と共通電極および振動板との間に接着樹脂フィ
レット２７を形成してなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンピュ−タの出力
装置などに使用されるインクジェット式印字装置，ある
いはカラ−プリンタのインクジェット記録ヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のインクジェット記録ヘッド
のインク流路を模式化して示す平面図、図４は従来のイ
ンクジェット記録ヘッドのインク流路に沿った方向の模
式化した断面図である。図において、ガラス板，Ｓi ウ
ェハ，金属板，あるいはプラスチック成形品からなる基
板１１は、互いに連通する凹溝として形成されたインク
ノズル２，ノズル流路３，インク加圧室４，およびイン
ク供給路５からなる複数のインク流路１と、これに逆流
防止用のフィルタ流路６を介して連通するインク溜め７
とを備え、そのシ−ル面８に基板１１と同じ材質の振動
板１２を気密に接合または接着することにより、シ−ル
面８により画成され，フィルタ流路６によりインクの流
通方向が規制された複数のインク流路１を有するインク
噴射容器１０が形成される。また、インク噴射容器１０
の複数のインク加圧室４に対向する振動板１２の表面に
は複数のインク加圧室４に跨がって共通電極１３が蒸着
膜または塗膜として形成され、かつ共通電極１３の個々
のインク加圧室４に対応する部分には、電気−機械変換
素子としての圧電素子１４の一方の電極１５Ａが共通電
極１３に導電接触するよう極めて薄い接着剤層１６によ
って固定されてインクジェット記録ヘッドが形成され
る。

【０００３】このように構成されたインクジェット記録
ヘッドは、圧電素子１４の他方の電極１５Ｂと共通電極
１３との間に駆動電圧を印加すると圧電素子１４がその
厚み方向に伸縮し、圧電素子１４がその厚み方向に伸び
たとき振動板１２が基板１側に偏位してインク加圧室４
の容積が急減することにより、容積の減少分に相当する
インクがインクノズル２から噴射され、インク滴となっ
て記録紙面に点着することになり、駆動電圧の大きさに
比例した量のインク濃度で印字が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】インク噴射容器１０に
ガラスまたはＳi ウェハを用いた従来のインクジェット
記録ヘッドの場合、基材と振動板を静電接合により接着
剤を用いずに行える反面、エッチングまたは機械加工に
よりインク流路１等の加工を行うため加工費用が嵩むと
ともに、量産化が難しいという問題がある。これに対し
てプラスチック製のインク噴射容器を用いたインクジェ
ット記録ヘッドでは、成形樹脂の賦形性を生かしてイン
ク流路等を備えた基材１を成形品として容易に量産でき
る利点がある。また、プラスチック製のインク噴射容器
を用いた従来のインクジェット記録ヘッドでは、その共
通電極１３として金蒸着電極、またはインジウム・チタ
ニウム・オタリウム系の透明電極（略称ＩＴＯ）が用い
られ、その表面に例えばエポキシ樹脂系の接着剤を５〜
１５μｍ程度の一様な厚みにパタ−ン印刷し、この接着
剤層の上に圧電素子１４を載せ、所定の温度と圧力を加
えてパタ−ン印刷した接着剤を外部に押し出す形で接着
樹脂を加熱硬化することにより、圧電素子の電極１５Ａ
と共通電極１３が導電接触した状態で極めて薄い接着剤
層１６によって圧電素子を共通電極１３に固定するよう
構成される。また、圧電素子１４の周囲に押し出された
接着樹脂は加熱硬化して樹脂溜まり１７を形成するが、
その量は特別に管理されておらず、従って圧電素子の接
着強度に積極的には貢献していないのが実情である。

【０００５】このようにして形成された従来のプラスチ
ック製のインク噴射容器１０を用いたインクジェット記
録ヘッドでは、その使用中に圧電素子１４の厚み方向の
変位によって接着剤層１６に亀裂が生ずるというトラブ
ルが往々にして発生し、圧電素子１４の伸縮が振動板１
２を介してインク流路中のインクに駆動力として伝達さ
れず、これが原因でインクノズル２から噴射されるイン
クの量および速度が低下してしまうという問題があっ
た。

【０００６】この発明の目的は、圧電素子が共通電極に
強固に固着して剥離せず、従って安定したインク噴射性
能を有するインクジェット記録ヘッドを提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、積層面で相互に固着した基板お
よび振動板とからなり、その内部に形成されたインク溜
ま，このインク溜まりにフィルタ流路を介して連通する
インク加圧室およびインクノズルを含む複数条のインク
流路とを有するインク噴射容器と、前記振動板の前記複
数のインク加圧室に対向する表面上に複数のインク加圧
室に跨がって形成された共通電極と、この共通電極に一
方の電極が導電接触するよう各インク加圧室に対向する
位置に接着された圧電素子とを備えたものにおいて、前
記共通電極が銀粉を含む導電塗料の塗膜層からなり、圧
電素子の外周面と共通電極および振動板との間に接着樹
脂フィレットを形成してなるものとする。

【０００８】銀粉を含む導電塗料の塗膜層からなる共通
電極の表面粗さが３μｍ以下であるものとする。圧電素
子の外周面と共通電極および振動板との間に形成される
接着樹脂フィレットが、圧電素子の外周面をその外周面
積の４０％以上９０％以下の範囲で覆うよう圧電素子の
外周面と共通電極および振動板との間に形成してなるも
のとする。

【０００９】インクジェット記録ヘッドの製造方法が、
基板および振動板をその積層面で相互に固着した後、振
動板の表面の所定位置に銀粉を含む導電塗料をスクリ−
ン印刷し、加熱乾燥することにより表面粗さが３μｍ以
下の共通電極を形成する工程を含むこととする。インク
ジェット記録ヘッドの製造方法が、共通電極上の所定位
置にエポキシ樹脂系接着剤をスクリ−ン印刷して接着層
を形成し、この接着層上に圧電素子を載せた状態で加圧
力を加えて圧電素子の一方の電極を共通電極に導電接触
させ、このとき圧電素子の外周側に押し出される接着剤
を加熱硬化処理し、圧電素子の外周面をその外周面積の
４０％以上９０％以下の範囲で覆う接着樹脂フィレット
を形成する工程を含むこととする。

【００１０】

【作用】この発明において、共通電極を銀粉を含む導電
塗料の塗膜層とし、圧電素子の外周面と共通電極および
振動板との間に接着樹脂フィレットを形成するよう構成
したことにより、銀粉を含む導電塗料の塗膜層とするこ
とにより、プラスチック製振動板との密着性がよく，高
弾性の共通電極が得られるので、圧電素子の駆動力をイ
ンク通路内のインクに効率よく伝達してインク噴射性能
のよいインクジェット記録ヘッドが得られるとともに、
圧電素子の外周面と共通電極および振動板との間に接着
樹脂フィレットを形成することにり、この部分で圧電素
子を共通電極および基板に強固に固着させて圧電素子の
伸縮による接着剤層の剥離を防ぎ、かつ圧電素子の駆動
力をインク噴射容器に効率よく伝達してそのインク噴射
性能を高める機能が得られる。

【００１１】また、銀粉を含む導電塗料の塗膜層からな
る共通電極の表面粗さを３μｍ以下とすれば、銀粉粒子
と圧電素子の電極面との接触面積が増大して両者間の良
好な導電接触状態が得られるとともに、圧電素子に加え
る加圧力によって塗膜層の樹脂量の大部分が圧電素子の
周囲に押し出されることになり、極めて薄い接着剤層に
より圧電素子を共通電極に接着できると同時に、圧電素
子の周囲に押し出される接着樹脂量の推定精度を高めて
接着性能の高い接着剤フィレットを安定して形成する機
能が得られる。

【００１２】さらに、圧電素子の外周面と共通電極およ
び振動板との間に形成される接着樹脂フィレットが、圧
電素子の外周面をその外周面積の４０％以上９０％以下
の範囲で覆うよう塗膜層の厚みを制御するよう構成すれ
ば、圧電素子の外周面を利用して導電性能に悪影響を及
ぼすことなく、圧電素子を共通電極および振動板に強固
に固定する機能が得られる。

【００１３】一方、インクジェット記録ヘッドの製造方
法が、基板および振動板をその積層面で相互に固着した
後、振動板の表面の所定位置に銀粉を含む導電塗料をス
クリ−ン印刷し、加熱乾燥することにより表面粗さが３
μｍ以下の共通電極を形成する工程を含むよう構成すれ
ば、高弾性率でプラスチック振動板との切着強度が高
く、厚みおよび表面粗さが均一な共通電極を安定して形
成することができる。

【００１４】また、インクジェット記録ヘッドの製造方
法が、共通電極上の所定位置にエポキシ樹脂系接着剤を
スクリ−ン印刷して接着層を形成し、この接着層上に圧
電素子を載せた状態で加圧力を加えて圧電素子の一方の
電極を共通電極に導電接触させ、このとき圧電素子の外
周側に押し出される接着剤を加熱硬化処理し、圧電素子
の外周面をその外周面積の４０％以上９０％以下の範囲
で覆う接着樹脂フィレットを形成する工程を含むよう構
成すれば、塗膜層の厚みの設定の仕方により、圧電素子
の外周面を利用して導電性能に悪影響を及ぼすことな
く、圧電素子を共通電極および振動板に固定できる接着
樹脂フィレットを安定して形成する機能が得られる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になるインクジェット記録
ヘッドを模式化して示す平面図、図２は図１に示すイン
クジェット記録ヘッドのインク流路に沿った方向の模式
化した断面図であり、以下従来技術と同じ構成部分には
同一参照符号を付すことにより、重複した説明を省略す
る。図において、インク噴射容器１０はシ−ル面で相互
に固着した基板１１および振動板１２が耐インク性を有
する成形プラスチック材からなり、その基板１１側には
インク溜まり７，このインク溜まりにフィルタ流路６を
介して連通するインク加圧室４およびインクノズル２を
含む複数条のインク流路１が成形される。振動板１２の
複数のインク加圧室４に対向する表面上に複数のインク
加圧室に跨がって形成される共通電極２３には、銀粉を
含む導電塗料（例えば市販の商品名，ド−タイトＦＡ−
３０１Ｃ）を用い、この導電塗料（銀粉ペ−ストとも呼
ぶ）を５〜１５μｍの範囲内の一定の厚みで振動板１２
上にスクリ−ン印刷し、その表面粗さが４μｍ以下，好
ましくは２μｍ程度になるよう保持される。

【００１６】圧電素子１４の接着にはエポキシ樹脂系接
着剤として、例えば，チバガイギ−社製エポキシ樹脂
（ＣＹ２０５）１００重量部に対して硬化剤（ＨＹ９３
２）３２重量部を混合し、十分攪拌して脱気処理した接
着剤を用い、共通電極２３上のインク加圧室４に対向す
る所定位置にメタルマスクを置き、メタルマスクの厚み
によって予め決まる一定量の接着剤をスクリ−ン印刷す
る。次いで、スクリ−ン印刷された接着剤層の上に圧電
素子（ＰＺＴ）を載せて所定の荷重を加え、１２０°C
，２時間程度の加熱硬化処理をすれば、圧電素子１４
に加える加圧力によってスクリ−ン印刷された接着剤の
大部分は圧電素子１４の周囲に押し出され、圧電素子１
４の外周面と共通電極２３および振動板１２との間に接
着性能および剛性の高い接着剤フィレット２７が形成さ
れ、圧電素子１４の駆動力をインク噴射容器に効率よく
伝達し、インク噴射性能に優れたインクジェット記録ヘ
ッドが得られる。また、スクリ−ン印刷された接着剤の
大部分が押し出されることによって圧電素子の電極１５
Ａと共通電極２３が導電接触し、外部から共通電極２３
を介して圧電素子の電極１５Ａに電圧を印加できるとと
もに、圧電素子の電極１５Ａと共通電極２３の間には共
通電極２３の表面粗さで決まる極めて薄い接着剤層２６
が形成され、両者の導電接触状態を安定して維持し、か
つ接着樹脂フィレット２７との相補作用により圧電素子
の伸縮動作によって剥離することのない接着剤層２６を
有するインクジェット記録ヘッドが得られる。

【００１７】表１はこの発明の実施例になるインクジェ
ット記録ヘッドについて得られたインクの噴射速度およ
び圧電素子の接着強度を従来技術のそれと比較して示す
特性表であり、圧電素子に一定電圧を加えてインクノズ
ルからインク滴を噴射させ、その噴出速度を測定すると
ともに、圧電素子と共通電極との接着力をロ−ドセルを
用いた引っ張り試験によって評価した結果を示してい
る。表１において、実施例１および実施例２は共通電極
２３にド−タイトＦＡ−３０１Ｃを用い、共通電極２３
の表面粗さを実施例１では２μｍ，実施例２では４μｍ
とするとともに、スクリ−ン印刷するエポキシ樹脂系接
着剤の量を調節して接着樹脂フィレット２７が圧電素子
１４の外周外周面積の４０％以上９０％以下の範囲のほ
ぼ一定面積，例えば圧電素子の外周面積の８０％程度に
固着するよう構成したインクジェット記録ヘッド。ま
た、比較例１はスクリ−ン印刷するエポキシ樹脂系接着
剤の量を削減して接着樹脂フィレット２７と圧電素子の
外周面との接着面積が圧電素子１４の外周面積の２０％
以下と小さく、有効な接着樹脂フィレットを形成してい
ない以外は実施例２と同様に構成したインクジェット記
録ヘッド。比較例２は共通電極に金蒸着膜を用いた以外
は実施例２と同様に構成したインクジェット記録ヘッ
ド。比較例３は共通電極にＩＴＯを用いた以外は実施例
２と同様に構成したインクジェット記録ヘッドについて
の試験結果である。

【００１８】表１において、共通電極に同じド−タイト
を用いた実施例１および実施例２と比較例１とを比べる
と、有効な接着樹脂フィレットが形成されていない比較
例１のインク噴射速度が有効な接着樹脂フィレットを有
する実施例１および実施例２のそれの半分以下と低く、
圧電素子１４の外周面積の４０％以上９０％以下の範囲
のほぼ一定面積で固着した接着樹脂フィレットが圧電素
子と振動板とを強固に固着させてその弾性率を高め、圧
電素子の駆動力をインク流路のインクに効率よく伝達す
る作用を果していることが分かる。

【００１９】次に、ド−タイトを用いた実施例１，実施
例２と金蒸着膜またはＩＴＯを用いた比較例２，比較例
３とを比較すると、インク噴射速度，接着強度の双方に
明確な差が認められ、銀粉を含む導電塗料（銀粉ペ−ス
ト）塗膜の弾性率が１０００ｋｇ／mm² とプラスチック
製振動板の３００ｋｇ／mm² に比べて高く、これがイン
ク噴射速度の向上に有効に作用するとともに、プラスチ
ック製振動板との接着性にも優れ、有効なフィレットの
形成と併せて圧電素子の接着強度の向上に有効に作用し
ていることが分かる。

【００２０】

【表１】

【００２１】さらに、共通電極の表面粗さが異なる実施
例１と実施例２とを比較すると、インクの噴射速度は表
面粗さが４μｍと粗い実施例２の方がやや高い値を示す
が、そのばらつきは実施例１の方が前者の２／３以下と
遙に小さい値を示している。この結果は、共通電極の表
面粗さを２μｍと小さくすることにより共通電極と圧電
素子の電極１５Ａとの導電接触状態を良好に保って圧電
素子の駆動を安定化する作用と、両電極間に介在する接
着樹脂量を低減して弾性率の高い共通電極を圧電素子に
広い面積で直接接触させたて圧電素子の駆動力の伝達効
率を向上する作用とによるものと考えられる。また、共
通電極の表面粗さを２μｍと小さくすることにより圧電
素子に加える圧力によって押し出される樹脂量の予測精
度が向上するので、圧電素子の外周面積の９０％前後に
渡って均一な接着面を有する接着樹脂フィレットを容易
かつ安定して形成できる利点が得られる。

【００２２】従って、共通電極に高弾性率の銀粉ペ−ス
ト塗膜を用い、その表面粗さを３μｍ以下に保持すると
ともに、圧電素子との接着面から押し出された接着樹脂
で形成される接着樹脂フィレットが圧電素子の外周面積
の４０％以上９０％以下の範囲に均一な接着面を形成す
るようインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を
構成すれば、上記３者の相乗効果により圧電素子の伸縮
によって接着面が剥離することがなく、電気−機械変換
効率とその伝達効率が高く、安定したインク噴射性能を
有するインクジェット記録ヘッドを得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明は前述のように、共通電極を銀
粉を含む導電塗料の塗膜層とし、圧電素子の外周面と共
通電極および振動板との間に接着樹脂フィレットを形成
するよう構成した。その結果、銀粉を含む導電塗料の塗
膜層の持つプラスチック製振動板との良好な接着性，お
よび高弾性を利用してインク噴射性能がよく、圧電素子
の伸縮により接着剤層が剥離することのないインクジェ
ット記録ヘッドを提供することができる。

【００２４】また、銀粉を含む導電塗料の塗膜層からな
る共通電極の表面粗さを３μｍ以下とすれば、銀粉粒子
と圧電素子の電極面との接触面積を増大して両者間の良
好な導電接触状態を保持できるとともに、圧電素子に加
える加圧力によって塗布した接着樹脂量の大部分を圧電
素子の周囲に押し、接着性能の高い接着剤フィレットを
形成するので、インク噴射性能を安定化し、圧電素子の
剥離防止機能を向上できる利点が得られる。

【００２５】さらに、圧電素子の外周面と共通電極およ
び振動板との間に形成される接着樹脂フィレットを、圧
電素子の外周面をその外周面積の４０％以上９０％以下
の範囲で覆うよう塗膜層の厚みを制御するよう構成した
ことにより、圧電素子の外周面を利用して導電性能に悪
影響を及ぼすことなく、圧電素子を共通電極および振動
板に強固に固定して弾性率を高め、インク噴射性能およ
び剥離防止機能の向上効果が得られる。

【００２６】一方、インクジェット記録ヘッドの製造方
法が、基板および振動板をその積層面で相互に固着した
後、振動板の表面の所定位置に銀粉を含む導電塗料をス
クリ−ン印刷し、加熱乾燥することにより表面粗さが３
μｍ以下の共通電極を形成する工程を含むよう構成した
ことにより、高弾性率でプラスチック振動板との接着強
度が高く、厚みおよび表面粗さが均一な共通電極を安定
して形成できる利点が得られる。

【００２７】また、インクジェット記録ヘッドの製造方
法が、共通電極上の所定位置にエポキシ樹脂系接着剤を
スクリ−ン印刷して接着層を形成し、この接着層上に圧
電素子を載せた状態で加圧力を加えて圧電素子の一方の
電極を共通電極に導電接触させ、このとき圧電素子の外
周側に押し出される接着剤を加熱硬化処理し、圧電素子
の外周面をその外周面積の４０％以上９０％以下の範囲
で覆う接着樹脂フィレットを形成する工程を含むよう構
成すれば、塗膜層の厚みの設定の仕方により、圧電素子
の外周面を利用して導電性能に悪影響を及ぼすことな
く、圧電素子を共通電極および振動板に強固に固定でき
る接着樹脂フィレットを安定して形成できる利点が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例になるインクジェット記録ヘ
ッドを模式化して示す平面図

【図２】図１に示すインクジェット記録ヘッドのインク
流路に沿った方向の模式化した断面図

【図３】従来のインクジェット記録ヘッドのインク流路
を模式化して示す平面図

【図４】従来のインクジェット記録ヘッドのインク流路
に沿った方向の模式化した断面図

【符号の説明】

１ インク流路 ２ インクノズル ３ ノズル流路 ４ インク加圧室 ５ インク供給路 ６ フィルタ流路 ７ インク溜まり ８ シ−ル面 １０ インク噴射容器 １１ 基板 １２ 振動板 １３ 共通電極 １４ 圧電素子 １５ 圧電素子の電極 １６ 接着剤層 １７ 樹脂溜まり ２３ 共通電極（銀粉ペ−スト塗膜） ２７ 接着樹脂フィレット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】積層面で相互に固着した基板および振動板
   とからなり、その内部に形成されたインク溜まりと、こ
   のインク溜まりにフィルタ流路を介して連通するインク
   加圧室およびインクノズルを含む複数条のインク流路と
   を有するインク噴射容器と、前記振動板の前記複数のイ
   ンク加圧室に対向する表面上に複数のインク加圧室に跨
   がって形成された共通電極と、この共通電極に一方の電
   極が導電接触するよう各インク加圧室に対向する位置に
   接着された圧電素子とを備えたものにおいて、前記共通
   電極が銀粉を含む導電塗料の塗膜層からなり、圧電素子
   の外周面と共通電極および振動板との間に接着樹脂フィ
   レットを形成してなることを特徴とするインクジェット
   記録ヘッド。
2. 【請求項２】銀粉を含む導電塗料の塗膜層からなる共通
   電極の表面粗さが３μｍ以下であることを特徴とする請
   求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】圧電素子の外周面と共通電極および振動板
   との間に形成される接着樹脂フィレットが、圧電素子の
   外周面をその外周面積の４０％以上９０％以下の範囲で
   覆うよう形成してなることを特徴とする請求項１記載の
   インクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】基板および振動板をその積層面で相互に固
   着した後、振動板の表面の所定位置に銀粉を含む導電塗
   料をスクリ−ン印刷し、加熱乾燥することにより表面粗
   さが３μｍ以下の共通電極を形成する工程を含むことを
   特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェッ
   ト記録ヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】共通電極上の所定位置にエポキシ樹脂系接
   着剤をスクリ−ン印刷して接着層を形成し、この接着層
   上に圧電素子を載せた状態で加圧力を加えて圧電素子の
   一方の電極を共通電極に導電接触させ、このとき圧電素
   子の外周側に押し出される接着剤を加熱硬化処理し、圧
   電素子の外周面をその外周面積の５０％以上９０％以下
   の範囲で覆う接着樹脂フィレットを形成する工程を含む
   ことを特徴とする請求項１または請求項３記載のインク
   ジェット記録ヘッドの製造方法。